Sistemas Operativos Tema 3 Gestión de ficheros. Sistemas Operativos - Tema 1: Introducción a los...

Sistemas OperativosTema 3

Gestión de ficheros

Sistemas Operativos - Tema 1: Introducción a los SSOOSistemas Operativos - Tema 3: Gestión de ficheros

Resumen

• Concepto de fichero. • Servicios de archivos y directorios.• Sistemas de archivos: estructura y prestaciones.


Concepto de fichero

• Colección de información relacionada que se graba en un almacenamiento secundario y a la cual se asigna un nombre.

• Es la porción más pequeña de almacenamiento secundario lógico:

– No es posible escribir datos en el almacenamiento secundario si no están dentro de un archivo.

• Secuencia de bits, bytes, líneas o registros cuyo significado ha sido definido por el creador del archivo.

• Generalmente no volátiles: su contenido persiste a pesar de interrupciones en la alimentación eléctrica.


• DEFINICIÓN: Conjunto de programas del sistema operativo que, ordenadamente relacionados entre sí, permiten el almacenamiento de la información, agrupándola en archivos, situados en un soporte de un dispositivo periférico.

• Proporciona a los usuarios y aplicaciones servicios relativos al empleo de archivos.

• Existen varios sistemas de ficheros, por ejemplo: – FAT (en todas sus versiones) de MS-DOS/Windows 9x/Me, – HPFS de OS/2, – NTFS de Windows NT/2000/XP, – CDFS para CD’s– Etc.

Sistema de archivos


• Objetivos:– Satisfacer las necesidades del usuario para la gestión de los datos

– Garantizar que los datos son válidos

– Optimizar el rendimiento

– Proporcionar soporte para distintos tipos de dispositivos

– Minimizar la pérdida de datos

– Proporcionar soporte para múltiples usuarios

– Ofrecer un conjunto estándar de funciones

Sistema de archivos


• Nombre• Tipo

– Para aquellos sistemas que reconocen diferentes tipos de archivo

• Ubicación – Puntero a un dispositivo y a la posición del archivo en el mismo.

• Tamaño– Tamaño actual y tal vez máximo del archivo

• Protección / permisos– Información sobre el control de acceso (quién puede leer, escribir, etc.)

• Hora / fecha– Creación, acceso, última modificación, …

• Identificación del usuario– Datos sobre quién accedió, modificó, etc. útiles para la seguridad y control

Atributos de un archivo


• Campo– Elemento de datos básico que contiene un único valor– Se caracteriza por su longitud y tipo

• Registro– Colección de campos relacionados– Físico (bloque) o lógico

• Archivo– Colección de registros relacionados– El SO lo gestiona como una unidad

• Base de Datos– Colección de archivos relacionados– No forma parte del SO

Elementos básicos


• Los componentes de un sistema de disco son: soporte, unidad de disco y unidad de control.

Organización de un disco


• Organización física del soporte:– Un disco consta de varios platos.

– Un plato esta formado por dos superficies.

– Una superficie tiene círculos concéntricos llamados pistas.

– Una pista se divide en fragmentos iguales llamados sectores o bloques.

– Las pistas a la misma distancia del centro forman un cilindro.

• Los programas del S.O. que gestionan información en este tipo de soportes consideran el disco una sucesión unidimensional de bloques.

Organización del disco


• Organización física del soporte

Organización del disco

Pista

SectorPlatos

Caras

Cabezas L/E. Peine portacabezas Lectura / Escritura con movimiento de traslación hacia el centro o periferia del disco

Las pistas del mismo color forman un solo Cilindro


• La dirección física de un sector está constituida por una terna (cilindro, pista, sector).

• El SO trata el disco como una tabla de bloques de disco unidimensional, donde cada bloque es un sector.

• La traducción de un número de bloque en una dirección física depende de la numeración del disco

– Empezar desde el cilindro exterior, superficie superior y un sector al azar marcándolo como (0, 0, 0)

– Completar los sectores de la pista actual hasta (0, 0, s)– Pasar a la siguiente superficie con (0, 1, 0)– Repetir para todas las pistas del cilindro hasta (0, p, s)– Pasar al siguiente cilindro, superficie superior (1, 0, 0)– Completar con los cilindros interiores (c, p, s)

Traducción de direcciones


• En un disco con P pistas/cilindro y S sectores/pista:

– Para calcular el número de bloque de una dirección física (i, j, k):

b = i*P*S + j*S + k

– Para obtener la dirección física de un bloque b:

i = int(b/PS) r = mod(b/PS)

j = int(r/S)

k = mod(r/S)

Traducción de direcciones


• La gestión de espacio en dispositivos de almacenamiento externo está condicionada por la accesibilidad del soporte:

– D.A. Acceso Secuencial: p.e. las unidades de cinta magnética.

– D.A. Acceso Directo: p.e. discos o tambores.

• Tiempo de acceso: tiempo transcurrido desde que la unidad de control proporciona a la unidad de disco una dirección de un sector, hasta que dicho sector es transferido a la memoria.

Gestión de espacio y tiempo de acceso


• Los registros son la unidad lógica de acceso a los archivos, mientras que los bloques son la unidad de E/S para el almacenamiento secundario

• Los registros deben “encajarse” en bloques

• Los registros pueden tener tamaño fijo o variable

• Los bloques pueden ser de longitud fija o variable– Longitud variable son demasiado difíciles de gestionar

• El tamaño del bloque influye en el rendimiento– Bloques grandes es rápido y desperdicia espacio y bloques pequeños es lento y

optimiza espacio

Agrupación de Registros


• Bloques fijos– Registros de longitud fija, fáciles de gestionar

– No existen tramos de un registro entre dos bloques

– Se desperdicia espacio al final del bloque (fragmentación interna)

– El factor de bloqueo se calcula dividiendo el tamaño del bloque entre el del registro y recortando el número de registros



• Bloques de longitud variable con tramos– Difíciles de gestionar para el S.O.

– Se llenan los bloques por completo, sin desperdiciar espacio

– Un registro puede tener un tramo en cada bloque

– No existe factor de bloqueo

– Se trata como una secuencia continua de bytes



• Bloques de longitud variable sin tramos– Difíciles de gestionar para el S.O.

– No existen tramos de un registro entre dos bloques

– Se desperdicia espacio al final del bloque

– Es una técnica poco utilizada

– El factor de bloqueo es distinto para cada bloque



• Archivo que contiene información sobre los archivos que contiene

• Pertenece al sistema operativo• Los usuarios y aplicaciones accedes a esa información

mediante llamadas al sistema• Operaciones habituales sobre directorios

– Buscar, Crear, Borrar, Listar

• El directorio contiene información de cada archivo

Directorio


• Información básica– Nombre del archivo, tipo de archivo y tipo de organización

• Información de direccionamiento– Dispositivo, dirección de comienzo, tamaño actual y máximo

• Información de control de acceso– Propietario, información de acceso y acciones permitidas

• Información de uso– Fecha de creación, identidad del creador, fecha de último acceso, identidad

del último lector, fecha de última modificación, identidad del último escritor, fecha de la última copia de seguridad, uso actual

Directorios: Información de Archivos


• Directorios a un nivel– Una lista de entradas, con una para cada archivo– No es válida para sistema multiusuario, porque no ofrece protección

• Directorio a dos niveles– Un primer nivel que identifica el usuario y un segundo nivel con los

archivos del mismo– Un directorio de primer nivel contiene los archivos compartidos– No permite estructurar la información de cada usuario

Directorios: Estructura


• Directorios en árbol– Múltiples niveles para cada usuario

– No permite la compartición de archivos

• Directorios en grafo acíclico– Desde una rama del árbol se puede llegar a ficheros de otra

– Es complejo evitar los ciclos

• Directorios en grafo general– Puede haber ciclos en la estructura

– Problema de bucles infinitos en el recorrido

Directorios: Estructura


• El problema surge al compartir archivos en sistemas multiusuario

• Normalmente se se conceden ciertos derechos de acceso a usuarios, grupos de usuarios o a todos los usuarios del sistema

• Cuando varios pueden acceder a un fichero, se debe controlar los accesos simultáneos

– Bloqueo de fichero completo

– Bloqueo de registros individuales

Derechos de acceso


• Se suelen utilizar los siguientes tipos de derechos – Ninguno: no puede conocer ni siquiera la existencia del fichero– Conocimiento: conoce la existencia y el propietario– Ejecución: ejecutar el fichero, pero no copiarlo– Lectura: leer el contenido del fichero, incluye copiarlo Adición: añadir

datos al fichero, no modificar ni borrar– Actualización: modificar, borrar y añadir datos– Cambio de Protección: cambiar los derechos de acceso sobre el fichero– Borrado: eliminar el fichero

Derechos de acceso


• Asignación previa– El tamaño del fichero debe declararse en la creación

– Los datos están contiguos en disco

– El fichero no puede exceder ese tamaño

– Tendencia a sobreestimarlo

• Asignación dinámica– El fichero crece de tamaño cuando lo necesita

– Es necesario encontrar nuevas secciones

– Los datos quedan dispersos en el disco

Gestión del Almacenamiento Secundario


• Secciones de tamaño bloque– Sencillas de gestionar y reutilizar– Pequeñas y flexibles– No hay contigüidad– Tablas de control grandes

• Secciones contiguas, variables y grandes– Espacio difícil de reutilizar– Mejor rendimiento– Tablas de control pequeñas– Es necesario un algoritmo de ubicación



• Algoritmos de ubicación:

– Primer hueco (first fit)

• El primer grupo de bloques contiguo de tamaño suficiente

• Crea muchos fragmentos pequeños al principio del disco

• Simple y rápido en las decisiones

– Siguiente hueco (next fit)

• El siguiente grupo de bloques contiguo desde la asignación anterior y con tamaño suficiente

• Distribuye los fragmentos pequeños a lo largo del disco

• Más complejo de implementar que el primer hueco



– Mejor hueco (best fit)

• El grupo de bloques contiguo menor de tamaño suficiente

• Lento, porque debe recorrer todos los huecos

• Deja huecos pequeños poco aprovechables

– Peor hueco (worst fit)

• El grupo de bloques contiguo mayor de tamaño suficiente

• Lento, porque debe recorrer todos los huecos

• Deja huecos grandes que pueden ser aprovechables

• En ejecuciones largas, todos tienen resultado similar



• Secciones grandes y de tamaño variable

• En directorio: primer bloque y longitud

• Alta fiabilidad

• Rápidas en acceso: suma desde el comienzo

• No permite crecer al archivo

• Fragmentación externa

• Necesita compactación

Métodos de asignación de espacio


• Secciones de un bloque

• En directorio: primer bloque

• Baja fiabilidad

• Lentas en acceso

• Permite crecer al archivo

• Asignación dinámica

• Buena para archivos secuenciales

• Continuo movimiento de cabezas del disco



• Secciones de tamaño fijo o variable

• En directorio: dirección del bloque índice

• Fiabilidad media: depende del bloque índice

• Acceso rápido: máximo el tiempo de dos bloques



• Permite crecimiento limitado del archivo, hasta que se complete el bloque índice

• Las nuevas secciones pueden estar en cualquier parte del disco

• Continuo movimiento de las cabezas del disco

• Es un buen compromiso para archivos secuenciales y directos



• Lista de bloques índice, el último puntero de cada bloque índice señala a otro bloque índice

• Si la lista es doblemente enlazada, se usan dos punteros para crear la lista

• En directorio: dirección del primer bloque índice

• Fiabilidad media: depende de la lista de índices

• Acceso medio: se debe recorrer la lista de índices

• Permite crecer ilimitadamente al archivo, aumentando la longitud de la lista de bloques índice

• Es un compromiso adecuado para archivos secuenciales y directos



• Árbol de bloques índice, se debe indicar el número de niveles del árbol

• Los niveles interiores señalan bloques índice y el último nivel señala bloques de datos

• En directorio: dirección de la raíz del árbol

• Fiabilidad media/alta: depende del árbol de índices

• Acceso medio/rápido: el número de accesos es el número de niveles del árbol

• Permite crecimiento limitado del archivo, aunque puede aumentarse aumentando los niveles del árbol

• Algunos sistemas tienen varios árboles para el mismo archivo



Tablas de bits

• Un bit para cada bloque (0 es libre, 1 es ocupado)

• Mucho desperdicio en discos grandes

• Fácil encontrar un bloque o bloques libres

• Ejemplo: 0011 1000 0111 1100 0011 1111 1111 1011 000 ...

Gestión de Espacio Libre


Secciones libres encadenadas

• Una lista enlazada de secciones de diferente tamaño

• Cada elemento de la lista almacena la longitud y la dirección del siguiente elemento

• Almacena la lista en el espacio libre, por lo que no ocupa espacio extra

• Ejemplo:

0,1 – 5,3 – 14,3 – 29,0 – 32,2



Indexación

– Trata el espacio libre como un archivo que lo contiene

– El archivo es propiedad del sistema

– Se crea una entrada en la tabla de directorios para este archivo

– Utiliza la misma técnica de asignación que la gestión de archivos

– Liberar espacio hace incrementa el archivo y asignar espacio lo decrementa



Arquitectura: visión modular


Estructura

Programas de usuario

Directorios

Control de acceso

Método de acceso

Registros

Agrupación Planificación de

discos

Asignación de espacio

Bloques físicos en memoria principal

Bloques físicos en memoria secundaria

Gestión del espacio libre

Arquitectura: visión funcional


Bibliografía

• Básica:

– Sistemas operativos. Conceptos fundamentales. James L. Peterson y Abraham Silberschatz. Ed. Reverte. 1991.

– Sistemas operativos, 5ª edición. Willian Stallings. Ed. Pearson. 2005.

• Complementaria y de consulta:

– Conceptos de Sistemas Operativos, 6ª edición. Silberschatz, Galvin y Gagne. Ed. Limusa-Wiley. 2002.

– Sistemas operativos. Diseño e implementación, 2ª edición. Andrew Tanenbaum y Albert Woodhull. Ed. Pearson. 2002.

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